JP2001169567A5 - - Google Patents
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Description
【書類名】 明細書
【発明の名称】 系統連系インバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、全体の動作を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、前記出力電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記出力電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータ。
【請求項２】 直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、全体の動作を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、前記系統電圧実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記系統電圧実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータ。
【請求項３】 直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、全体の動作を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、中間段コンデンサ電流の実効値を検出する中間段コンデンサ電流実効値検出手段と、前記中間段コンデンサ電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記中間段コンデンサ電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータ。
【請求項４】 出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、前記出力電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、出力電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき、前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータ。
【請求項５】 出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、前記系統電圧実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、系統電圧実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき、前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータ。
【請求項６】 出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、出力コンデンサ電流の実効値を検出する出力コンデンサ電流実効値検出手段と、前記出力コンデンサ電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、出力コンデンサ電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池や燃料電池などの直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統に出力する系統連系インバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の系統連系インバータについて図面を参照しながら説明する。図７は、従来から使用されている系統連系インバータの構成を示すブロック図である。図７において、系統連系インバータは、直流電源１と、昇圧コンバータ２と、昇圧コンバータ２の出力電流から高周波成分を除去する中間段コンデンサ３と、フルブリッジインバータ４と、フルブリッジインバータ４の出力から高周波リップルを除去する限流リアクトル５と、出力コンデンサ６とを備えている。直流電源１には、太陽電池または燃料電池を使用している。昇圧コンバータ２の直流リアクトル７を流れる直流リアクトル電流ｉｉ と、限流リアクトル５を流れる限流リアクトル電流ｉｌ とは、それぞれの電流検出手段（図示せず）によって検出され、制御回路８は、それぞれの波形が所定基準の波形に近づくように、昇圧コンバータ２のスイッチング素子ＱＢ およびスイッチング素子ＱＦと、フルブリッジインバータ４のスイッチング素子Ｑ１ 〜Ｑ４ のオン時間が決定している。
【０００３】
上記構成における動作について簡単に説明すると、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎを昇圧コンバータ２によって高電圧の中間段電圧ＶＭ に変換し、フルブリッジインバータ４を構成している４個のスイッチング素子Ｑ１ 〜Ｑ４ によって商用周波数の正弦波の交流に変換し、限流リアクトル５と出力コンデンサ６とを介して系統９に出力している。このとき、制御回路８は、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎが系統電圧ＶＡＣの絶対値に比べて小さい期間では昇圧コンバータ２を動作させ、そのときの直流リアクトル電流ｉｉ を制御して出力電流ｉｏ を生成し、また、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎが系統電圧ＶＡＣの絶対値に比べて大きい期間では昇圧コンバータ２を動作させず、フルブリッジインバータ４が入力電圧Ｖｉｎによる限流リアクトル電流ｉｌ を制御して出力電流ｉｏ を生成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の系統連系インバータでは、系統電圧ＶＡＣが正弦波の交流、入力電圧Ｖｉｎが直流であるので、出力電流ｉｏ を正弦波として得るために直流リアクトル電流ｉｉ の目標値を系統電圧ＶＡＣとほぼ同位相の正弦波の２乗として制御している。中間段コンデンサ３に印加される中間段電圧ＶＭ は、系統電圧ＶＡＣの振幅とほほ同等でかつ位相差が小さいため、中間段コンデンサ３に流れ込む無効電流の位相は系統電圧ＶＡＣに対して約９０度進んでいる。出力電流ｉｏ は中間段コンデンサ電流ｉＭ と昇圧コンバータ２の出力電流とのベクトル和であるので、中間段コンデンサ電流ｉＭ に比べて出力電流ｉｏ が十分大きいときは、出力電流ｉｏ と直流リアクトル電流ｉｉ との位相差は無視できるが、出力電流ｉｏ が小さいときに直流リアクトル電流ｉｉ の目標位相を変えずに、その振幅を正弦波の２乗とした場合、出力電流ｉｏ の波形が歪むと言う課題を有している。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するもので、出力電流ｉｏ が小さいときでも波形歪の小さい正弦波を維持できる系統連系インバータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる本発明は、直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、全体の動作を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、前記出力電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記出力電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータである。
【０００７】
本発明により、出力電流が小さいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【０００８】
請求項２に係わる本発明は、直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、全体の動作を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、前記系統電圧実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記系統電圧実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータである。
【０００９】
本発明により、系統電圧が大きいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００１０】
請求項３に係わる本発明は、直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、全体の動作を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、中間段コンデンサ電流の実効値を検出する中間段コンデンサ電流実効値検出手段と、前記中間段コンデンサ電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記中間段コンデンサ電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータである。
【００１１】
本発明により、中間段コンデンサの電流が大きいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００１２】
請求項４に係わる本発明は、出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、前記出力電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、出力電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき、前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータである。
【００１３】
本発明により、出力電流が小さいときに出力コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、フルブリッジインバータの力率を向上させることができる。
【００１４】
請求項５に係わる本発明は、出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、前記系統電圧実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、系統電圧実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき、前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータである。
【００１５】
本発明により、系統電圧が大きいときに出力コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、フルブリッジインバータの力率を向上させることができる。
【００１６】
請求項６に係わる本発明は、出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、出力コンデンサ電流の実効値を検出する出力コンデンサ電流実効値検出手段と、前記出力コンデンサ電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、出力コンデンサ電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータである。
【００１７】
本発明により、出力コンデンサの電流が大きいときに出力コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、フルブリッジインバータの力率を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
請求項１に係わる本発明において、制御回路は、中間段コンデンサの容量を切り替えて、出力電流の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下であるときは、リレーをオフとして中間段コンデンサの容量を小さくすることにより出力電流に関わらず出力電流を正弦波に維持するように制御する。実施例では、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、検出された出力電流の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により前記リレーをオフとするように駆動するリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００１９】
請求項２に係わる本発明において、制御回路は、中間段コンデンサの容量を切り替えて、系統電圧の実効値が所定の系統電圧実効値閾値以上であるときは、リレーをオフとして中間段コンデンサの容量を小さくすることにより系統電圧の変動に関わらず出力電流を正弦波に維持するように制御する。実施例では、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、検出された系統電圧の実効値が所定の系統電圧実効値閾値以上であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により前記リレーをオフとするように駆動するリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２０】
請求項３に係わる本発明において、制御回路は、中間段コンデンサの容量を切り替えて、中間段コンデンサの電流の実効値が所定の中間段コンデンサ電流実効値閾値以上であるときは、リレーをオフとして中間段コンデンサの容量を小さくすることにより出力電流を正弦波に維持するように制御する。実施例では、中間段コンデンサ電流の実効値を検出する中間段コンデンサ電流実効値検出手段と、検出された中間段コンデンサ電流の実効値が所定の中間段コンデンサ電流実効値閾値以上であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により前記リレーをオフとするように駆動するリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２１】
請求項４に係わる本発明において、制御回路は、出力コンデンサの容量を切り替えて、出力電流の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下であるときは、第２のリレーをオフとして出力コンデンサの容量を小さくすることによりフルブリッジインバータの力率を向上させるように制御する。実施例では、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、検出された出力電流の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により第２のリレーをオフとするように駆動する第２のリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２２】
請求項５に係わる本発明において、制御回路は、出力コンデンサの容量を切り替えて、系統電圧の実効値が所定の系統電圧実効値閾値以上であるときは、第２のリレーをオフとして出力コンデンサの容量を小さくすることにより系統電圧の変動に関わらずフルブリッジインバータの力率を向上させるように制御する。実施例では、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、検出された系統電圧の実効値が所定の系統電圧実効値閾値以上であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により第２のリレーをオフとするように駆動する第２のリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２３】
請求項６に係わる本発明において、制御回路は、出力コンデンサの容量を切り替えて、出力コンデンサの電流の実効値が所定の出力コンデンサ電流実効値閾値以上であるときは、第２のリレーをオフとして出力コンデンサの容量を小さくすることによりフルブリッジインバータの力率を向上させるように制御する。実施例では、出力コンデンサの電流の実効値を検出する出力コンデンサ電流実効値検出手段と、検出された出力コンデンサの電流の実効値が所定の出力コンデンサ電流実効値閾値以上であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により第２のリレーをオフとするように駆動する第２のリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２４】
以下、本発明の系統連系インバータの実施例について説明する。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例１について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項１に係わる。
【００２６】
図１は、本実施例の構成を示すブロック図である。なお、従来例と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が従来例と異なる点は、中間段コンデンサ３を２つに分割して中間段コンデンサ３ａと中間段コンデンサ３ｂとを備えるとともに、中間段コンデンサ３ｂにはリレー１０を接続して設け、制御回路８は、出力電流ｉｏ の実効値を検出する出力電流実効値検出手段１１と、検出した出力電流ｉｏ の実効値を所定の出力電流実効値閾値と比較判定する判定回路１２と、前記リレー１０を駆動するリレー駆動回路１３とを備えたことにある。なお、中間段コンデンサの上記分割は２つに限定されるものではない。
【００２７】
上記構成における動作について説明する。本実施例の系統連系インバータは、従来例と同様に、太陽電池や燃料電池によって構成している直流電源１を入力として使用し、直流電源１から供給された直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統９に出力する。
【００２８】
直流電源１に接続している昇圧コンバータ２は、直流電源１から供給された入力電圧Ｖｉｎを系統９における系統電圧ＶＡＣより高い中間段電圧ＶＭ に高周波で昇圧する。昇圧コンバータ２は直流リアクトル７、スイッチング素子ＱＦ 、およびスイッチング素子ＱＢ によって構成され、入力電圧Ｖｉｎが系統電圧ＶＡＣの絶対値に比べて低い期間では直流リアクトル７に流れる直流リアクトル電流ｉｉ を制御して出力電流ｉｏ として正弦波を得ている。昇圧コンバータ２に接続している中間段コンデンサ３は、数百μＦ程度以下の容量を有するものを使用しており、昇圧された出力に含まれている高周波成分を除去するように作用する。
【００２９】
４個のスイッチング素子Ｑ１ 〜Ｑ４ によって構成しているフルブリッジインバータ４は、中間段コンデンサ３から入力されている入力電圧が系統９の電圧に比べて低い期間ではこの電圧を降圧するように作用する。また、限流リアクトル５と出力コンデンサ６は、前記フルブリッジインバータ４が出力している電圧によって生成される電流から高周波リップルを除去するように作用している。
【００３０】
中間段コンデンサ３は２個の中間段コンデンサ３ａと中間段コンデンサ３ｂとに分割されており、そのうちの中間段コンデンサ３ｂには直列にリレー１０が接続されている。判定回路１２は、出力電流実効値検出手段１１により検出された出力電流ｉｏ の実効値を所定の出力電流実効値閾値と比較判定し、出力電流ｉｏ の実効値が前記出力電流実効値閾値以下であるとき、リレー駆動回路１３によりリレー１０をオフとする。
【００３１】
直流リアクトル電流ｉｉ を制御するとき、中間段コンデンサ３を無視した場合には、系統電圧ＶＡＣは交流の正弦波、入力電圧Ｖｉｎは直流であるから、直流リアクトル電流ｉｉ の波形目標値として正弦波の２乗を与えることにより出力電流ｉｏ は概ね正弦波となるが、実際には中間段コンデンサ３には系統電圧ＶＡＣに対して約９０度の進み位相で無効電流が流れ、この無効電流の実効値は、ほぼ系統電圧ＶＡＣと中間段コンデンサ３の容量とに比例しており、昇圧コンバータ２で生成される電流と中間段コンデンサ３の電流、すなわち中間段コンデンサ電流ｉＭ とのベクトル和が出力電流ｉｏ となる。
【００３２】
ここで、出力電流実効値検出手段１１によって検出された出力電流ｉｏ の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下、すなわち出力電力が小さい場合、判定回路１２によってリレー１０をオフとするので、中間段コンデンサ３の容量が減少し、中間段コンデンサの電流、すなわち中間段コンデンサ電流ｉＭ は小さくなるので、直流リアクトル電流ｉｉ の目標値を正弦波の２乗の形で、かつ出力電流ｉｏ の実効値が前記出力電流実効値閾値よりも大きい場合と大幅に位相を変化させることなく、出力として低歪みの正弦波電流を生成する。
【００３３】
以上のように本実施例によれば、出力電流が小さいときは中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、中間段コンデンサに流れる無効電流を小さくでき、直流リアクトル電流の目標値の誤差が小さくなるようにできるので、低歪みの出力電流を得ることが可能な系統連系インバータを実現することができる。
【００３４】
（実施例２）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例２について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項２に係わる。
【００３５】
図２は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、制御回路８において、系統電圧ＶＡＣの実効値を検出する系統電圧実効値検出手段１４を備え、判定回路１２は、検出された系統電圧ＶＡＣの実効値を所定の系統電圧実効値閾値と比較判定し、系統電圧ＶＡＣの実効値が前記系統電圧実効値閾値以上であるときにリレー駆動回路１３によりリレー１０をオフとすることにある。
【００３６】
上記構成における動作について説明する。直流リアクトル電流ｉｉ を制御するとき、中間段コンデンサ３を無視した場合、系統電圧ＶＡＣは交流の正弦波、入力電圧が直流であるから、直流リアクトル電流ｉｉ の波形目標値として正弦波の２乗を与えることにより出力電流ｉｏ は概ね正弦波となるが、実際には中間段コンデンサ３には系統電圧ＶＡＣに対して約９０度の進み位相で無効電流が流れ、この無効電流の実効値は、ほぼ系統電圧ＶＡＣと中間段コンデンサ３の容量とに比例しており、昇圧コンバータ２で生成される電流と中間段コンデンサ電流ｉＭ とのベクトル和が出力電流ｉｏ となる。系統連系インバータにおいて系統電圧ＶＡＣは定格±１５％程度の範囲で変動するため、中間段コンデンサ電流ｉＭ も大幅に変化する。そこで、系統電圧ＶＡＣが大きく、かつ出力電力一定の場合、中間段コンデンサ電流ｉＭ は増加し、出力電流ｉｏ は減少するため、系統電圧実効値検出手段１４によって系統電圧ＶＡＣが上昇したことを検出して、判定回路１２とリレー駆動回路１３とによってリレー１０をオフとすることにより、中間段コンデンサ３の容量が減少し、中間段コンデンサ電流ｉＭ は小さくなることから、直流リアクトル電流ｉｉ の目標値を正弦波の２乗の形で、かつ系統電圧ＶＡＣが定格時と大幅に位相を変化させることなく、出力電流ｉｏ として低歪みの正弦波電流を生成する。
【００３７】
以上のように本実施例によれば、系統電圧が定格に対して大幅に大きくなったときは中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、中間段コンデンサに流れる無効電流を小さくでき、直流リアクトル電流の目標値の誤差が小さくなるようにできるので、低歪みの出力電流が得られる系統連系インバータを実現することができる。
【００３８】
なお、本実施例の手段に実施例１で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００３９】
（実施例３）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例３について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項３に係わる。
【００４０】
図３は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１ないし実施例２と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１ないし実施例２と異なる点は、制御回路８において、中間段コンデンサ電流ｉＭ の実効値を検出する中間段コンデンサ電流実効値検出手段１５を備え、判定回路１２は、中間段コンデンサ電流ｉＭ の実効値を所定の中間段コンデンサ電流実効値閾値と比較判定し、中間段コンデンサ電流ｉＭ の実効値が前記中間段コンデンサ電流実効値閾値以上であるとき、リレー駆動回路１３によりリレー１０をオフとすることにある。
【００４１】
上記構成における動作について説明する。系統電圧ＶＡＣの変動や出力電流ｉｏ の変化に加えて中間段コンデンサ３の容量のバラツキによっても中間段コンデンサ電流ｉＭ は変化する。判定回路１２は、中間段コンデンサ電流実効値検出手段１５によって検出された中間段コンデンサ電流ｉＭ の実効値を前記中間段コンデンサ電流実効値閾値と比較判定し、中間段コンデンサ電流ｉＭ が前記中間段コンデンサ電流実効値閾値以上であるとき、リレー１０をオフさせて中間段コンデンサ３の容量を小さくすることにより、すべての変動を包含した制御として、中間段コンデンサ３の容量の選択が可能となる。
【００４２】
以上のように本実施例によれば、系統電圧や出力電流の大小に関わらず実際に中間段コンデンサに流れる電流を検出して、電流が大きいときは容量を小さくすることにより、直流リアクトル電流の目標値を精度よく与えることができるので、低歪みの出力電流が得られる系統連系インバータを実現することができる。
【００４３】
なお、本実施例の手段に実施例１ないし実施例２で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００４４】
（実施例４）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例４について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項４に係わる。
【００４５】
図４は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１ないし実施例３と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１ないし実施例３と異なる点は、出力コンデンサ６を２個の出力コンデンサ６ａと出力コンデンサ６ｂとに分割して備えるとともに、出力コンデンサ６ｂには直列に第２のリレー１６を設け、制御回路８において、出力電流ｉｏ の実効値を検出する出力電流実効値検出手段１１と、第２のリレー駆動回路１７とを備え、判定回路１２は、検出された出力電流ｉｏ の実効値を所定の出力電流実効値閾値と比較判定し、出力電流ｉｏ の実効値が前記出力電流実効値閾値以下であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとすることにある。
【００４６】
上記構成における動作について説明する。限流リアクトル５の電流を制御するとき、出力コンデンサ６ａと出力コンデンサ６ｂとからなる出力コンデンサ６を無視した場合、限流リアクトル５の電流の波形目標値として正弦波を与えることにより出力電流は概ね正弦波となるが、実際には出力コンデンサ６には系統電圧ＶＡＣに対して約９０度の進み位相で無効電流が流れ、この無効電流の実効値は、ほぼ系統電圧ＶＡＣと出力コンデンサ６の容量とに比例しており、フルブリッジインバータで生成される電流と出力コンデンサ６の電流とのベクトル和が出力電流ｉｏ となる。出力電流実効値検出手段１１によって検出された出力電流実効値は所定の出力電流実効値閾値と判定回路１２により比較判定され、出力電流ｉｏ の実効値が前記出力電流実効値閾値以下であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとして出力コンデンサ６の容量を小さくしている。出力電流ｉｏ は限流リアクトル電流ｉｌ と出力コンデンサ６の電流とのベクトル和として与えられるので、出力電流ｉｏ が小さく、出力コンデンサ６の容量が大きい場合は系統連系インバータは低力率動作となるが、出力コンデンサ６の容量が小さくなるので、力率が改善される。
【００４７】
以上のように本実施例によれば、出力電流の大きさに応じて、とくに出力電力が小さい場合、出力コンデンサ６の容量を小さくすることにより、力率の低下を小さくして、系統電圧の上昇の防止や効率を向上することができる系統連系インバータを実現することができる。
【００４８】
なお、本実施例の手段に実施例１ないし実施例３で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００４９】
（実施例５）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例５について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項５に係わる。
【００５０】
図５は、本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１ないし実施例４と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例４と異なる点は、制御回路８において、系統電圧ＶＡＣの実効値を検出する系統電圧実効値検出手段１４を備え、判定回路１２は、検出された系統電圧ＶＡＣの実効値を所定の系統電圧実効値閾値と比較判定し、系統電圧ＶＡＣの実効値が前記系統電圧実効値閾値以上であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとすることにある。
【００５１】
上記構成における動作について説明する。限流リアクトル電流ｉｌ を制御するとき、出力コンデンサ６を無視した場合、限流リアクトル電流ｉｌ の波形目標値として正弦波を与えることにより出力電流ｉｏ は概ね正弦波となるが、実際には出力コンデンサ６には系統電圧ＶＡＣに対して約９０度の進み位相で無効電流が流れ、この無効電流の実効値は、ほぼ系統電圧ＶＡＣと出力コンデンサ６の容量とに比例しており、フルブリッジインバータ４で生成される電流と出力コンデンサ６の電流とのベクトル和が出力電流ｉｏ となる。判定回路１２は、系統電圧実効値検出手段１４によって得られた系統電圧ＶＡＣの実効値を所定の系統電圧実効値閾値と比較判定し、系統電圧ＶＡＣの実効値が前記系統電圧実効値閾値以上で、かつ出力電流ｉｏ が小さいとき、判定回路１２は第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとして出力コンデンサ６の容量を小さくしている。
【００５２】
出力電流ｉｏ は限流リアクトル電流ｉｌ と出力コンデンサ６の電流とのベクトル和として与えられることから、系統電圧ＶＡＣが大きく出力コンデンサ６の容量が大きい場合、無効電流が大きくなり、系統連系インバータとしては低力率動作となる。そこで、出力電流ｉｏ が小さい場合は、出力コンデンサ６の容量を切り換えて小さくすることにより、力率を改善している。
【００５３】
以上のように本実施例によれば、系統電圧の大きさに応じて、とくに出力電力が小さい場合、出力コンデンサの容量を小さくすることにより、力率の低下を小さくして、系統電圧の上昇の防止や効率を向上させることができる系統連系インバータを実現することができる。
【００５４】
なお、本実施例の手段に実施例１ないし実施例４で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００５５】
（実施例６）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例６について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項６に係わる。
【００５６】
図６は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１ないし実施例５と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例４と異なる点は、出力コンデンサ６の電流の実効値を検出する出力コンデンサ電流実効値検出手段１８を備え、判定回路１２は、検出された出力コンデンサ６の電流の実効値が所定の出力コンデンサ電流実効値閾値以上であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとすることにある。
【００５７】
上記構成における動作について説明する。系統電圧ＶＡＣの変動や出力電流ｉｏ の変化に加えて出力コンデンサ６の容量のバラツキによっても出力コンデンサ６に流れる電流は変化する。判定回路１２は、出力コンデンサ電流実効値検出手段１８によって検出された出力コンデンサ６の電流の実効値を前記出力コンデンサ電流実効値閾値と比較判定し、出力コンデンサ６の電流の実効値が前記出力コンデンサ電流実効値閾値以上であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとして出力コンデンサ６の容量を小さくすることにより、すべての変動を包含した制御として、出力コンデンサ６の容量の選択が可能となる。
【００５８】
以上のように本実施例によれば、系統電圧や出力電流の大小に関わらず実際に出力コンデンサに流れる電流を検出して、出力電流に対して無効電流が大きいときは容量を小さくすることにより、出力電流の力率改善が可能な系統連系インバータを実現することができる。
【００５９】
なお、本実施例の手段に実施例１ないし実施例５で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、出力電流が小さいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００６１】
請求項２記載の発明によれば、系統電圧が大きいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００６２】
請求項３記載の発明によれば、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００６３】
請求項４または５または６記載の発明によれば、フルブリッジインバータの力率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の系統連系インバータの実施例１の構成を示すブロック図
【図２】
本発明の系統連系インバータの実施例２の構成を示すブロック図
【図３】
本発明の系統連系インバータの実施例３の構成を示すブロック図
【図４】
本発明の系統連系インバータの実施例４の構成を示すブロック図
【図５】
本発明の系統連系インバータの実施例５の構成を示すブロック図
【図６】
本発明の系統連系インバータの実施例６の構成を示すブロック図
【図７】
従来の系統連系インバータの構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ 直流電源
２ 昇圧コンバータ
３、３ａ、３ｂ 中間段コンデンサ
４ フルブリッジインバータ
５ 限流リアクトル
６、６ａ、６ｂ 出力コンデンサ
７ 直流リアクトル
８ 制御回路
９ 系統
１０ リレー
１１ 出力電流実効値検出手段
１２ 判定回路
１３ リレー駆動回路
１４ 系統電圧実効値検出手段
１５ 中間段コンデンサ電流実効値検出手段
１６ 第２のリレー
１７ 第２のリレー駆動回路
１８ 出力コンデンサ電流実効値検出手段
ＱＢ、ＱＦ スイッチング素子
Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング素子
Ｖｉｎ 入力電圧
ＶＡＣ 系統電圧
ＶＭ 中間段電圧
ｉｉ 直流リアクトル電流
ｉＭ 中間段コンデンサ電流
ｉｌ 限流リアクトル電流
ｉｏ 出力電流
【発明の名称】 系統連系インバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、全体の動作を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、前記出力電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記出力電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータ。
【請求項２】 直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、全体の動作を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、前記系統電圧実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記系統電圧実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータ。
【請求項３】 直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、全体の動作を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、中間段コンデンサ電流の実効値を検出する中間段コンデンサ電流実効値検出手段と、前記中間段コンデンサ電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記中間段コンデンサ電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータ。
【請求項４】 出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、前記出力電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、出力電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき、前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータ。
【請求項５】 出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、前記系統電圧実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、系統電圧実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき、前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータ。
【請求項６】 出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、出力コンデンサ電流の実効値を検出する出力コンデンサ電流実効値検出手段と、前記出力コンデンサ電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、出力コンデンサ電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池や燃料電池などの直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統に出力する系統連系インバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の系統連系インバータについて図面を参照しながら説明する。図７は、従来から使用されている系統連系インバータの構成を示すブロック図である。図７において、系統連系インバータは、直流電源１と、昇圧コンバータ２と、昇圧コンバータ２の出力電流から高周波成分を除去する中間段コンデンサ３と、フルブリッジインバータ４と、フルブリッジインバータ４の出力から高周波リップルを除去する限流リアクトル５と、出力コンデンサ６とを備えている。直流電源１には、太陽電池または燃料電池を使用している。昇圧コンバータ２の直流リアクトル７を流れる直流リアクトル電流ｉｉ と、限流リアクトル５を流れる限流リアクトル電流ｉｌ とは、それぞれの電流検出手段（図示せず）によって検出され、制御回路８は、それぞれの波形が所定基準の波形に近づくように、昇圧コンバータ２のスイッチング素子ＱＢ およびスイッチング素子ＱＦと、フルブリッジインバータ４のスイッチング素子Ｑ１ 〜Ｑ４ のオン時間が決定している。
【０００３】
上記構成における動作について簡単に説明すると、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎを昇圧コンバータ２によって高電圧の中間段電圧ＶＭ に変換し、フルブリッジインバータ４を構成している４個のスイッチング素子Ｑ１ 〜Ｑ４ によって商用周波数の正弦波の交流に変換し、限流リアクトル５と出力コンデンサ６とを介して系統９に出力している。このとき、制御回路８は、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎが系統電圧ＶＡＣの絶対値に比べて小さい期間では昇圧コンバータ２を動作させ、そのときの直流リアクトル電流ｉｉ を制御して出力電流ｉｏ を生成し、また、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎが系統電圧ＶＡＣの絶対値に比べて大きい期間では昇圧コンバータ２を動作させず、フルブリッジインバータ４が入力電圧Ｖｉｎによる限流リアクトル電流ｉｌ を制御して出力電流ｉｏ を生成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の系統連系インバータでは、系統電圧ＶＡＣが正弦波の交流、入力電圧Ｖｉｎが直流であるので、出力電流ｉｏ を正弦波として得るために直流リアクトル電流ｉｉ の目標値を系統電圧ＶＡＣとほぼ同位相の正弦波の２乗として制御している。中間段コンデンサ３に印加される中間段電圧ＶＭ は、系統電圧ＶＡＣの振幅とほほ同等でかつ位相差が小さいため、中間段コンデンサ３に流れ込む無効電流の位相は系統電圧ＶＡＣに対して約９０度進んでいる。出力電流ｉｏ は中間段コンデンサ電流ｉＭ と昇圧コンバータ２の出力電流とのベクトル和であるので、中間段コンデンサ電流ｉＭ に比べて出力電流ｉｏ が十分大きいときは、出力電流ｉｏ と直流リアクトル電流ｉｉ との位相差は無視できるが、出力電流ｉｏ が小さいときに直流リアクトル電流ｉｉ の目標位相を変えずに、その振幅を正弦波の２乗とした場合、出力電流ｉｏ の波形が歪むと言う課題を有している。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するもので、出力電流ｉｏ が小さいときでも波形歪の小さい正弦波を維持できる系統連系インバータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる本発明は、直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、全体の動作を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、前記出力電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記出力電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータである。
【０００７】
本発明により、出力電流が小さいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【０００８】
請求項２に係わる本発明は、直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、全体の動作を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、前記系統電圧実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記系統電圧実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータである。
【０００９】
本発明により、系統電圧が大きいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００１０】
請求項３に係わる本発明は、直流電源と、直流リアクトルと２個のスイッチング素子とを備えて前記直流電源からの入力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、中間段コンデンサを介して前記昇圧コンバータの出力に接続した４個のスイッチング素子を有するフルブリッジインバータと、前記フルブリッジインバータの出力から高周波成分を除去して交流の系統に出力する限流リアクトルおよび出力コンデンサと、全体の動作を制御する制御回路とを備えた系統連系インバータにおいて、前記中間段コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、前記コンデンサの少なくとも１個に直列にリレーを接続して設け、前記制御回路は、中間段コンデンサ電流の実効値を検出する中間段コンデンサ電流実効値検出手段と、前記中間段コンデンサ電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、前記中間段コンデンサ電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると前記判定手段が判定したとき、前記リレーをオフとする系統連系インバータである。
【００１１】
本発明により、中間段コンデンサの電流が大きいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００１２】
請求項４に係わる本発明は、出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、前記出力電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、出力電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき、前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータである。
【００１３】
本発明により、出力電流が小さいときに出力コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、フルブリッジインバータの力率を向上させることができる。
【００１４】
請求項５に係わる本発明は、出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、前記系統電圧実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、系統電圧実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき、前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータである。
【００１５】
本発明により、系統電圧が大きいときに出力コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、フルブリッジインバータの力率を向上させることができる。
【００１６】
請求項６に係わる本発明は、出力コンデンサを複数個のコンデンサに分割して備えるとともに、そのコンデンサの少なくとも１個に第２のリレーを直列に接続して設け、制御回路は、出力コンデンサ電流の実効値を検出する出力コンデンサ電流実効値検出手段と、前記出力コンデンサ電流実効値の検出値と閾値とを比較する判定手段とを有し、出力コンデンサ電流実効値検出手段からの信号が、閾値以下であると判定手段が判定したとき前記第２のリレーをオフとする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の系統連系インバータである。
【００１７】
本発明により、出力コンデンサの電流が大きいときに出力コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、フルブリッジインバータの力率を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
請求項１に係わる本発明において、制御回路は、中間段コンデンサの容量を切り替えて、出力電流の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下であるときは、リレーをオフとして中間段コンデンサの容量を小さくすることにより出力電流に関わらず出力電流を正弦波に維持するように制御する。実施例では、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、検出された出力電流の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により前記リレーをオフとするように駆動するリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００１９】
請求項２に係わる本発明において、制御回路は、中間段コンデンサの容量を切り替えて、系統電圧の実効値が所定の系統電圧実効値閾値以上であるときは、リレーをオフとして中間段コンデンサの容量を小さくすることにより系統電圧の変動に関わらず出力電流を正弦波に維持するように制御する。実施例では、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、検出された系統電圧の実効値が所定の系統電圧実効値閾値以上であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により前記リレーをオフとするように駆動するリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２０】
請求項３に係わる本発明において、制御回路は、中間段コンデンサの容量を切り替えて、中間段コンデンサの電流の実効値が所定の中間段コンデンサ電流実効値閾値以上であるときは、リレーをオフとして中間段コンデンサの容量を小さくすることにより出力電流を正弦波に維持するように制御する。実施例では、中間段コンデンサ電流の実効値を検出する中間段コンデンサ電流実効値検出手段と、検出された中間段コンデンサ電流の実効値が所定の中間段コンデンサ電流実効値閾値以上であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により前記リレーをオフとするように駆動するリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２１】
請求項４に係わる本発明において、制御回路は、出力コンデンサの容量を切り替えて、出力電流の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下であるときは、第２のリレーをオフとして出力コンデンサの容量を小さくすることによりフルブリッジインバータの力率を向上させるように制御する。実施例では、出力電流の実効値を検出する出力電流実効値検出手段と、検出された出力電流の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により第２のリレーをオフとするように駆動する第２のリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２２】
請求項５に係わる本発明において、制御回路は、出力コンデンサの容量を切り替えて、系統電圧の実効値が所定の系統電圧実効値閾値以上であるときは、第２のリレーをオフとして出力コンデンサの容量を小さくすることにより系統電圧の変動に関わらずフルブリッジインバータの力率を向上させるように制御する。実施例では、系統電圧の実効値を検出する系統電圧実効値検出手段と、検出された系統電圧の実効値が所定の系統電圧実効値閾値以上であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により第２のリレーをオフとするように駆動する第２のリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２３】
請求項６に係わる本発明において、制御回路は、出力コンデンサの容量を切り替えて、出力コンデンサの電流の実効値が所定の出力コンデンサ電流実効値閾値以上であるときは、第２のリレーをオフとして出力コンデンサの容量を小さくすることによりフルブリッジインバータの力率を向上させるように制御する。実施例では、出力コンデンサの電流の実効値を検出する出力コンデンサ電流実効値検出手段と、検出された出力コンデンサの電流の実効値が所定の出力コンデンサ電流実効値閾値以上であるか否かを比較判定する判定回路と、その判定結果により第２のリレーをオフとするように駆動する第２のリレー駆動回路とを制御回路に備えた構成としている。
【００２４】
以下、本発明の系統連系インバータの実施例について説明する。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例１について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項１に係わる。
【００２６】
図１は、本実施例の構成を示すブロック図である。なお、従来例と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が従来例と異なる点は、中間段コンデンサ３を２つに分割して中間段コンデンサ３ａと中間段コンデンサ３ｂとを備えるとともに、中間段コンデンサ３ｂにはリレー１０を接続して設け、制御回路８は、出力電流ｉｏ の実効値を検出する出力電流実効値検出手段１１と、検出した出力電流ｉｏ の実効値を所定の出力電流実効値閾値と比較判定する判定回路１２と、前記リレー１０を駆動するリレー駆動回路１３とを備えたことにある。なお、中間段コンデンサの上記分割は２つに限定されるものではない。
【００２７】
上記構成における動作について説明する。本実施例の系統連系インバータは、従来例と同様に、太陽電池や燃料電池によって構成している直流電源１を入力として使用し、直流電源１から供給された直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統９に出力する。
【００２８】
直流電源１に接続している昇圧コンバータ２は、直流電源１から供給された入力電圧Ｖｉｎを系統９における系統電圧ＶＡＣより高い中間段電圧ＶＭ に高周波で昇圧する。昇圧コンバータ２は直流リアクトル７、スイッチング素子ＱＦ 、およびスイッチング素子ＱＢ によって構成され、入力電圧Ｖｉｎが系統電圧ＶＡＣの絶対値に比べて低い期間では直流リアクトル７に流れる直流リアクトル電流ｉｉ を制御して出力電流ｉｏ として正弦波を得ている。昇圧コンバータ２に接続している中間段コンデンサ３は、数百μＦ程度以下の容量を有するものを使用しており、昇圧された出力に含まれている高周波成分を除去するように作用する。
【００２９】
４個のスイッチング素子Ｑ１ 〜Ｑ４ によって構成しているフルブリッジインバータ４は、中間段コンデンサ３から入力されている入力電圧が系統９の電圧に比べて低い期間ではこの電圧を降圧するように作用する。また、限流リアクトル５と出力コンデンサ６は、前記フルブリッジインバータ４が出力している電圧によって生成される電流から高周波リップルを除去するように作用している。
【００３０】
中間段コンデンサ３は２個の中間段コンデンサ３ａと中間段コンデンサ３ｂとに分割されており、そのうちの中間段コンデンサ３ｂには直列にリレー１０が接続されている。判定回路１２は、出力電流実効値検出手段１１により検出された出力電流ｉｏ の実効値を所定の出力電流実効値閾値と比較判定し、出力電流ｉｏ の実効値が前記出力電流実効値閾値以下であるとき、リレー駆動回路１３によりリレー１０をオフとする。
【００３１】
直流リアクトル電流ｉｉ を制御するとき、中間段コンデンサ３を無視した場合には、系統電圧ＶＡＣは交流の正弦波、入力電圧Ｖｉｎは直流であるから、直流リアクトル電流ｉｉ の波形目標値として正弦波の２乗を与えることにより出力電流ｉｏ は概ね正弦波となるが、実際には中間段コンデンサ３には系統電圧ＶＡＣに対して約９０度の進み位相で無効電流が流れ、この無効電流の実効値は、ほぼ系統電圧ＶＡＣと中間段コンデンサ３の容量とに比例しており、昇圧コンバータ２で生成される電流と中間段コンデンサ３の電流、すなわち中間段コンデンサ電流ｉＭ とのベクトル和が出力電流ｉｏ となる。
【００３２】
ここで、出力電流実効値検出手段１１によって検出された出力電流ｉｏ の実効値が所定の出力電流実効値閾値以下、すなわち出力電力が小さい場合、判定回路１２によってリレー１０をオフとするので、中間段コンデンサ３の容量が減少し、中間段コンデンサの電流、すなわち中間段コンデンサ電流ｉＭ は小さくなるので、直流リアクトル電流ｉｉ の目標値を正弦波の２乗の形で、かつ出力電流ｉｏ の実効値が前記出力電流実効値閾値よりも大きい場合と大幅に位相を変化させることなく、出力として低歪みの正弦波電流を生成する。
【００３３】
以上のように本実施例によれば、出力電流が小さいときは中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、中間段コンデンサに流れる無効電流を小さくでき、直流リアクトル電流の目標値の誤差が小さくなるようにできるので、低歪みの出力電流を得ることが可能な系統連系インバータを実現することができる。
【００３４】
（実施例２）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例２について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項２に係わる。
【００３５】
図２は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、制御回路８において、系統電圧ＶＡＣの実効値を検出する系統電圧実効値検出手段１４を備え、判定回路１２は、検出された系統電圧ＶＡＣの実効値を所定の系統電圧実効値閾値と比較判定し、系統電圧ＶＡＣの実効値が前記系統電圧実効値閾値以上であるときにリレー駆動回路１３によりリレー１０をオフとすることにある。
【００３６】
上記構成における動作について説明する。直流リアクトル電流ｉｉ を制御するとき、中間段コンデンサ３を無視した場合、系統電圧ＶＡＣは交流の正弦波、入力電圧が直流であるから、直流リアクトル電流ｉｉ の波形目標値として正弦波の２乗を与えることにより出力電流ｉｏ は概ね正弦波となるが、実際には中間段コンデンサ３には系統電圧ＶＡＣに対して約９０度の進み位相で無効電流が流れ、この無効電流の実効値は、ほぼ系統電圧ＶＡＣと中間段コンデンサ３の容量とに比例しており、昇圧コンバータ２で生成される電流と中間段コンデンサ電流ｉＭ とのベクトル和が出力電流ｉｏ となる。系統連系インバータにおいて系統電圧ＶＡＣは定格±１５％程度の範囲で変動するため、中間段コンデンサ電流ｉＭ も大幅に変化する。そこで、系統電圧ＶＡＣが大きく、かつ出力電力一定の場合、中間段コンデンサ電流ｉＭ は増加し、出力電流ｉｏ は減少するため、系統電圧実効値検出手段１４によって系統電圧ＶＡＣが上昇したことを検出して、判定回路１２とリレー駆動回路１３とによってリレー１０をオフとすることにより、中間段コンデンサ３の容量が減少し、中間段コンデンサ電流ｉＭ は小さくなることから、直流リアクトル電流ｉｉ の目標値を正弦波の２乗の形で、かつ系統電圧ＶＡＣが定格時と大幅に位相を変化させることなく、出力電流ｉｏ として低歪みの正弦波電流を生成する。
【００３７】
以上のように本実施例によれば、系統電圧が定格に対して大幅に大きくなったときは中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、中間段コンデンサに流れる無効電流を小さくでき、直流リアクトル電流の目標値の誤差が小さくなるようにできるので、低歪みの出力電流が得られる系統連系インバータを実現することができる。
【００３８】
なお、本実施例の手段に実施例１で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００３９】
（実施例３）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例３について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項３に係わる。
【００４０】
図３は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１ないし実施例２と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１ないし実施例２と異なる点は、制御回路８において、中間段コンデンサ電流ｉＭ の実効値を検出する中間段コンデンサ電流実効値検出手段１５を備え、判定回路１２は、中間段コンデンサ電流ｉＭ の実効値を所定の中間段コンデンサ電流実効値閾値と比較判定し、中間段コンデンサ電流ｉＭ の実効値が前記中間段コンデンサ電流実効値閾値以上であるとき、リレー駆動回路１３によりリレー１０をオフとすることにある。
【００４１】
上記構成における動作について説明する。系統電圧ＶＡＣの変動や出力電流ｉｏ の変化に加えて中間段コンデンサ３の容量のバラツキによっても中間段コンデンサ電流ｉＭ は変化する。判定回路１２は、中間段コンデンサ電流実効値検出手段１５によって検出された中間段コンデンサ電流ｉＭ の実効値を前記中間段コンデンサ電流実効値閾値と比較判定し、中間段コンデンサ電流ｉＭ が前記中間段コンデンサ電流実効値閾値以上であるとき、リレー１０をオフさせて中間段コンデンサ３の容量を小さくすることにより、すべての変動を包含した制御として、中間段コンデンサ３の容量の選択が可能となる。
【００４２】
以上のように本実施例によれば、系統電圧や出力電流の大小に関わらず実際に中間段コンデンサに流れる電流を検出して、電流が大きいときは容量を小さくすることにより、直流リアクトル電流の目標値を精度よく与えることができるので、低歪みの出力電流が得られる系統連系インバータを実現することができる。
【００４３】
なお、本実施例の手段に実施例１ないし実施例２で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００４４】
（実施例４）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例４について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項４に係わる。
【００４５】
図４は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１ないし実施例３と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１ないし実施例３と異なる点は、出力コンデンサ６を２個の出力コンデンサ６ａと出力コンデンサ６ｂとに分割して備えるとともに、出力コンデンサ６ｂには直列に第２のリレー１６を設け、制御回路８において、出力電流ｉｏ の実効値を検出する出力電流実効値検出手段１１と、第２のリレー駆動回路１７とを備え、判定回路１２は、検出された出力電流ｉｏ の実効値を所定の出力電流実効値閾値と比較判定し、出力電流ｉｏ の実効値が前記出力電流実効値閾値以下であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとすることにある。
【００４６】
上記構成における動作について説明する。限流リアクトル５の電流を制御するとき、出力コンデンサ６ａと出力コンデンサ６ｂとからなる出力コンデンサ６を無視した場合、限流リアクトル５の電流の波形目標値として正弦波を与えることにより出力電流は概ね正弦波となるが、実際には出力コンデンサ６には系統電圧ＶＡＣに対して約９０度の進み位相で無効電流が流れ、この無効電流の実効値は、ほぼ系統電圧ＶＡＣと出力コンデンサ６の容量とに比例しており、フルブリッジインバータで生成される電流と出力コンデンサ６の電流とのベクトル和が出力電流ｉｏ となる。出力電流実効値検出手段１１によって検出された出力電流実効値は所定の出力電流実効値閾値と判定回路１２により比較判定され、出力電流ｉｏ の実効値が前記出力電流実効値閾値以下であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとして出力コンデンサ６の容量を小さくしている。出力電流ｉｏ は限流リアクトル電流ｉｌ と出力コンデンサ６の電流とのベクトル和として与えられるので、出力電流ｉｏ が小さく、出力コンデンサ６の容量が大きい場合は系統連系インバータは低力率動作となるが、出力コンデンサ６の容量が小さくなるので、力率が改善される。
【００４７】
以上のように本実施例によれば、出力電流の大きさに応じて、とくに出力電力が小さい場合、出力コンデンサ６の容量を小さくすることにより、力率の低下を小さくして、系統電圧の上昇の防止や効率を向上することができる系統連系インバータを実現することができる。
【００４８】
なお、本実施例の手段に実施例１ないし実施例３で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００４９】
（実施例５）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例５について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項５に係わる。
【００５０】
図５は、本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１ないし実施例４と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例４と異なる点は、制御回路８において、系統電圧ＶＡＣの実効値を検出する系統電圧実効値検出手段１４を備え、判定回路１２は、検出された系統電圧ＶＡＣの実効値を所定の系統電圧実効値閾値と比較判定し、系統電圧ＶＡＣの実効値が前記系統電圧実効値閾値以上であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとすることにある。
【００５１】
上記構成における動作について説明する。限流リアクトル電流ｉｌ を制御するとき、出力コンデンサ６を無視した場合、限流リアクトル電流ｉｌ の波形目標値として正弦波を与えることにより出力電流ｉｏ は概ね正弦波となるが、実際には出力コンデンサ６には系統電圧ＶＡＣに対して約９０度の進み位相で無効電流が流れ、この無効電流の実効値は、ほぼ系統電圧ＶＡＣと出力コンデンサ６の容量とに比例しており、フルブリッジインバータ４で生成される電流と出力コンデンサ６の電流とのベクトル和が出力電流ｉｏ となる。判定回路１２は、系統電圧実効値検出手段１４によって得られた系統電圧ＶＡＣの実効値を所定の系統電圧実効値閾値と比較判定し、系統電圧ＶＡＣの実効値が前記系統電圧実効値閾値以上で、かつ出力電流ｉｏ が小さいとき、判定回路１２は第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとして出力コンデンサ６の容量を小さくしている。
【００５２】
出力電流ｉｏ は限流リアクトル電流ｉｌ と出力コンデンサ６の電流とのベクトル和として与えられることから、系統電圧ＶＡＣが大きく出力コンデンサ６の容量が大きい場合、無効電流が大きくなり、系統連系インバータとしては低力率動作となる。そこで、出力電流ｉｏ が小さい場合は、出力コンデンサ６の容量を切り換えて小さくすることにより、力率を改善している。
【００５３】
以上のように本実施例によれば、系統電圧の大きさに応じて、とくに出力電力が小さい場合、出力コンデンサの容量を小さくすることにより、力率の低下を小さくして、系統電圧の上昇の防止や効率を向上させることができる系統連系インバータを実現することができる。
【００５４】
なお、本実施例の手段に実施例１ないし実施例４で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００５５】
（実施例６）
以下、本発明の系統連系インバータの実施例６について図面を参照しながら説明する。本実施例は請求項６に係わる。
【００５６】
図６は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１ないし実施例５と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例４と異なる点は、出力コンデンサ６の電流の実効値を検出する出力コンデンサ電流実効値検出手段１８を備え、判定回路１２は、検出された出力コンデンサ６の電流の実効値が所定の出力コンデンサ電流実効値閾値以上であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとすることにある。
【００５７】
上記構成における動作について説明する。系統電圧ＶＡＣの変動や出力電流ｉｏ の変化に加えて出力コンデンサ６の容量のバラツキによっても出力コンデンサ６に流れる電流は変化する。判定回路１２は、出力コンデンサ電流実効値検出手段１８によって検出された出力コンデンサ６の電流の実効値を前記出力コンデンサ電流実効値閾値と比較判定し、出力コンデンサ６の電流の実効値が前記出力コンデンサ電流実効値閾値以上であるとき、第２のリレー駆動回路１７により第２のリレー１６をオフとして出力コンデンサ６の容量を小さくすることにより、すべての変動を包含した制御として、出力コンデンサ６の容量の選択が可能となる。
【００５８】
以上のように本実施例によれば、系統電圧や出力電流の大小に関わらず実際に出力コンデンサに流れる電流を検出して、出力電流に対して無効電流が大きいときは容量を小さくすることにより、出力電流の力率改善が可能な系統連系インバータを実現することができる。
【００５９】
なお、本実施例の手段に実施例１ないし実施例５で説明した手段を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、出力電流が小さいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００６１】
請求項２記載の発明によれば、系統電圧が大きいときに中間段コンデンサの容量を小さくすることにより、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００６２】
請求項３記載の発明によれば、無効電流を小さくして、直流電源からの入力電圧が系統電圧の絶対値より小さい期間で昇圧コンバータを動作させて直流リアクトル電流を制御する条件においても、出力電流を正弦波に維持することができる。
【００６３】
請求項４または５または６記載の発明によれば、フルブリッジインバータの力率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の系統連系インバータの実施例１の構成を示すブロック図
【図２】
本発明の系統連系インバータの実施例２の構成を示すブロック図
【図３】
本発明の系統連系インバータの実施例３の構成を示すブロック図
【図４】
本発明の系統連系インバータの実施例４の構成を示すブロック図
【図５】
本発明の系統連系インバータの実施例５の構成を示すブロック図
【図６】
本発明の系統連系インバータの実施例６の構成を示すブロック図
【図７】
従来の系統連系インバータの構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ 直流電源
２ 昇圧コンバータ
３、３ａ、３ｂ 中間段コンデンサ
４ フルブリッジインバータ
５ 限流リアクトル
６、６ａ、６ｂ 出力コンデンサ
７ 直流リアクトル
８ 制御回路
９ 系統
１０ リレー
１１ 出力電流実効値検出手段
１２ 判定回路
１３ リレー駆動回路
１４ 系統電圧実効値検出手段
１５ 中間段コンデンサ電流実効値検出手段
１６ 第２のリレー
１７ 第２のリレー駆動回路
１８ 出力コンデンサ電流実効値検出手段
ＱＢ、ＱＦ スイッチング素子
Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング素子
Ｖｉｎ 入力電圧
ＶＡＣ 系統電圧
ＶＭ 中間段電圧
ｉｉ 直流リアクトル電流
ｉＭ 中間段コンデンサ電流
ｉｌ 限流リアクトル電流
ｉｏ 出力電流
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